Потенциалды энергия

Молекулалы-кинетикалы теорияда олданылатын идеал газ моделін сиретілген наты газдарды кейбір жадайда жоары температурада жне тмен ысымда сипаттау шін олдануа болады. Біра, идеал газды кй тедеуін орытып шыаран кезде, газ молекулалары арасындаы зара серлесу жне молекулаларды лшемдері ескерілмегені естеріізде болар. ысым кбейгенде молекулалар арасындаы орташа араашыты азаяды, сондытан молекулаларды клемі мен оларды зара серін ескеру маызды. Мысалы, 1 м газда алыпты жадайдаы молекула саны 2,68 10 -не те, бл молекулалар 10 м клем алады (шамамен молекуланы радиусы 10 м), оны газды клемімен салыстыранда ескермеуге болады. Ал 500 МПа ысымда молекулаларды алатын клемі газ клеміні жартысына те, сондытан жоары ысымда жне тмен температурада идеал газ моделін наты газдар шін олдануа болмайды.

Наты газдарды арастыранда оларды молекулааралы зара сер кштері ескеріледі, себебі наты газдарды асиеті молекулаларды зара серіне туелді.Бл кштер 10 м араашытыта білінеді жне молекулалар арасындаы араашыты скенде кшті сері де азаяды. Мндай кштер жаыннан сер ету кштері немесе тез серлесу кштері деп аталады.

Табиаттаы заттарды газ, сйы, атты кйлерде болуы, сол заттарды растырушы молекулаларды зара серлесу сипатына байланысты болады. Сйыты зі йылан ыдысты формасын сатауы, оны молекулаларыны арасында бірін-бірі тарту кші бар екенін, ал атты денелерді зіні формасын сатауы, оларды молекулаларыны арасында, тартылыс кшімен атар, тербеліс кштері бар екенін крсетеді. Молекулаларды арасындаы тартылыс, тебіліс кштері те болан жадайда ана атты денелер зіні формасын сатап тра алады. Енді осы заттарды растырушы молекулаларды арасындаы зара тартылу, тебілу кштерін арастырайы. Атом рылымы туралы теорияны жне квантты механиканы дамуына байланысты зат молекулалары арасында бір мезетте тартылу жне тебілу кштері сер ететіндігі аныталды. Суретте 22 а) молекулааралы зара сер кштеріні r араашытыа туелділігі крсетілген. Мндаы , - тартылу жне тебілу кштері, F- орыты кш, ал r – молекулаларды араашытыы. Тебілу кштеріні мндері о, ал зара тартылу кштерінікі теріс болып есептелінеді.

Сурет 22

Молекулааралы араашыты = боланда, орыты кш F= 0 болады, тартылу жне тебілу кштері тееседі. Демек, егер молекулалар арасында жылулы озалыс болмаса, молекулалар арасындаы орныты араашыты -ге те болар еді. Молекулаларды араашытыы r < r болса, тебілу кші басым болады (F>0), егер

r > r болса, тартылу кші басым болады (F<0), r >10 м араашытыта молекулаларды зара сері жоалады (F 0) .

Молекулалар араашытыы dr – ге артанда F кшіні элементар жмысы молекула аралы зара серді потенциалды энергиясыны кемуіне те болады:

. (18.1)

Молекулаларды зара серлесуіні потенциалды энергиясы оларды арасындаы араашытыа туелді екенін (сурет 22, б)) крдік. Егер молекулалар бір- бірінен молекула аралы кштер сер етпейтіндей ашытыта орналасса ( ), онда потенциалды энергия нольге те

( 0). Біртіндеп жаындаан молекулалар арасында тартылу кші пайда болып (F< 0), оларды жмысы о мнге ие болады ( ). Есте болатын бір жадай, молекулаларды арасындаы тартылыс кші мен тебіліс кштері бір мезгілде атар сер етеді.

Молекулаларды араашытыы белгілі бір шамадан арты боланда (r>r ) тартылыс кші басым болады, ал молекулаларды араашытыы белгілі бір шамадан кем боланда (r < r₀) тебіліс кші тарту кшінен басым болады. Жалпы молекулаларды зара серлесуін арастыранда оларды бірі - біріне сер ету кшін айтпайды, оларды потенциялы энергиясыны араашытарына байланысты згеруін арастырады. Блшектер бірін-бірі тебетін болса, онда бірлік зарядты шексіздікке кшіргенде істелген жмыс о. Олай болса, тебілетін блшектерді потенциялы энергиясы теріс болады. Ал, блшектер бірін-бірі тартатын болса, онда оны біреуін шексіздікке кшіру шін істелетін жмыс шамасы теріс, сондытан, бл жадайдаы сол блшектерді серлесуіні потенциялы энергиясы о болады. Молекулаларды араашытыы болганда оларды зара серлесу потенциялы энергиясы зіні е аз мніне жетеді. Бл кезде молекулаларды тебу кші мен тарту кштері зара те болады. Осы кездегі потенциялы энергияны мнін потенциялы шырды тередігі дейді.

Екінші молекула бірінші молекулаа одан рі жаындаанда кинетикалы энергиясы азаяды да, болганда озалыстаы молекула толы тотап, оны кинетикалы энергиясы толыымен молекулаларды серлесу потенциялы энергиясына айналады. Сйтіп, потенциялы энергия толы энергияа те болады. Осы кездегі молекулаларды бір-біріне те жаын келетін араашытыын молекулаларды эффективті диаметрі дейді. Барлы заттарды молекулалары атомдардан трады. Атомдаы о жне теріс зарядтарды абсолют шамалары те, сондытан атомны электрлік асиеті жо, олай болса сондай атомдардан тратын молекуланы да электрлік асиеті жо. Біра, бдан молекулаларды арасында электрлік серлесу жо деуге болмайды. Барлы молекулаларды электрлік асиетіне арап дипольді, дипольсіз молекулалар деп екіге бледі. Дипольді молекулаларда о заряд пен теріс зарядтар бір-бірімен салыстыранда ыысан, екеуі молекуланы екі шетіне орналасан. Бан мысал ретінде суды (Н₂0) молекуласын алуа болады. Мндай молекулалар кеістікте орналасанда бір-біріне арама-арсы табалы зарядтары сйкес келетіндей болып орналасуа тырысады. Сйтіп, ол зарядтарды арасында Кулонды тарту кші болады. Дипольсіз молекулаларда о зарядтар мен теріс зарядтарды ауырлы центрлері зара сйкес келеді. Біра, сырты электр рісіні серінен дипольсіз молекулалар поляризацияланады, сйтіп сырты рісті серінен бл молекулаларда да дипольдік асиет пайда болады. Сондытан, ондай молекулаларды арасындаы серлесу кшіні табиаты электрстатикалы кш. Олай болса, молекулаларды арасындаы серлесу - серлесуді электромагниттік тріне жатады.

Затты трлі агрегатты кйіні критериі ретінде е кіші потенциялы энергия мен алынады. - молекулаларды зара серіні е кіші потенциялы энергиясы - тепе- тедік кйдегі ( = ) молекулаларды бір-бірінен ажырату шін тарту кшіне арсы жасалатын жмысты анытайды. - молекулаларды тртіпсіз жылулы озалысыны бір еркіндік дрежесіне келетін екі еселенген орташа энергияны крсетеді.

Егер « болса, онда зат газ кйінде болады. Себебі, молекулаларды жылулы озалысы оларды ашытыа дейін жаындап, осылуына кедергі жасайды. Егер » болса, онда зат атты кйде болады. Себебі, бір-біріне тартылып тран молекулалар ашыа кете алмайды да, тепе- тедік алыпты айналасында тербеліп трады. Егер болса, онда зат сйы кйінде болады, жылулы озалыс нтижесінде молекулалар кеістікте озалып жреді, орын ауыстырады, біра -ден лкен ашытыа кете алмайды.

Демек, кез-келген зат температураа байланысты газ, сйы, атты агрегат кйлерде бола алады екен. Бір агрегат кйден екінші агрегат кйге ту температурасы сол зат шін шамасына туелді болады. Мысалы, инертті газдар шін мні аз, ал металдар шін кп, сондытан блме температурасында олар газ жне атты кйлерде болады.